【正文】 第 2章 高性能混凝土 ? 混凝土裂縫防治技術(shù) 自密實(shí)混凝土技術(shù) ? 混凝土耐久性技術(shù) ? 清水混凝土技術(shù) ? 超高泵送混凝土技術(shù) ? 改性瀝青路面施工技術(shù) 混凝土裂縫防治技術(shù) ? 前言 : ? 砼建筑和構(gòu)件通常都是帶裂縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋砼材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致。近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中裂縫問(wèn)題是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)。鋼筋混凝土規(guī)范也明確規(guī)定：有些結(jié)構(gòu)在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生。 ? 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展概況 ? 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 ? 砼已發(fā)展為商品砼，砼原材料質(zhì)量控制、配合比計(jì)量控制以及砼攪拌、運(yùn)送、泵送澆注的技術(shù)含量有了空前的提高，但砼的裂縫卻變成了不可避免的事，真可謂是沒(méi)有不裂的砼。已成為砼質(zhì)量的通病。在房屋建筑中，雖然有些砼的裂縫并不影響混凝土的結(jié)構(gòu)安全，但隨著住宅建筑的商品化，購(gòu)房者對(duì)砼裂縫的投訴越來(lái)越多，因此受到住宅建筑開(kāi)發(fā)商和施工企業(yè)的高度重視。有人認(rèn)為避免砼產(chǎn)生裂縫的有效措施是加密配筋。加密配筋不能消除砼的裂縫，只是把本來(lái)數(shù)量少而寬的裂縫變?yōu)閿?shù)量多而細(xì)的裂縫。 ? 具有較高密實(shí)性和抗?jié)B透性的砼裂縫所引起的砼耐久性問(wèn)題，在美國(guó)引起轟動(dòng)。 1987年美國(guó)國(guó)家材料顧問(wèn)委員會(huì)提交的報(bào)告，報(bào)道大約 253000座砼橋梁的橋面板，其中部分僅使用不到 20年，由于砼裂縫已經(jīng)導(dǎo)致不同程度的破壞，而且每年還將增加 3500座。 20世紀(jì)90年代美國(guó)砼橋面板普遍轉(zhuǎn)向使用更高強(qiáng)度的砼，但發(fā)現(xiàn) 10萬(wàn)座砼橋面板是在砼澆筑后一個(gè)月內(nèi)就出現(xiàn)了間隔 1～ 3m的貫穿性裂縫。高強(qiáng)砼還是無(wú)濟(jì)于事。對(duì)砼裂縫所引起的耐久性的重視，主要是由于經(jīng)濟(jì)因素。美國(guó)的一些專家預(yù)計(jì)，修補(bǔ)和翻修現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用以 10億美元計(jì)。研制抗裂性能更好的砼，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，則只需很少的維修費(fèi)用，具有更重要的意義。 ? ? (1)密實(shí)性、裂縫與耐久性 ? 起初認(rèn)為：砼耐久性的劣化，僅僅是因?yàn)轫琶軐?shí)度不夠造成的，于是就去研究更密實(shí)的砼，以提高砼的耐久性。實(shí)踐表明，即使是密實(shí)度很高的砼也不一定耐久。高密實(shí)度砼耐久性劣化的元兇是砼裂縫。砼裂縫破壞了高密實(shí)度混疑土的耐久性。 ? 美國(guó)一個(gè)砼學(xué)者 Mehta，提出了由于砼裂縫而造成砼耐久性劣化的整體模型，砼破壞的全過(guò)程圖 。 Mehta形象地描述了砼因裂縫破壞的整個(gè)過(guò)程。從這個(gè)過(guò)程中看到，含有微裂縫而沒(méi)有貫穿到表面的砼的破壞全過(guò)程，造成最后的破壞，是由于出現(xiàn)了貫穿表面的裂縫，使腐蝕介質(zhì)能輕而易舉地進(jìn)入砼內(nèi)部而導(dǎo)致的結(jié)果。具有先天缺陷、表面有貫穿裂縫的砼的破壞，就可以想像而知了。要保持砼的耐久性，唯一的出路是防止砼裂縫。然而不裂縫的砼不密實(shí)，而密實(shí)的砼又不抗裂，砼耐久性的進(jìn)一步提高，到達(dá)到了進(jìn)退兩難的地步。 ? (2)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因 ? 由于砼是彈、黏，塑性的混合體，其物理力學(xué)性能非常復(fù)雜，再加上試驗(yàn)儀器設(shè)備條件的限制，對(duì)砼的開(kāi)裂行為，一直被簡(jiǎn)化為完全彈性體來(lái)對(duì)待的。認(rèn)為受約束的砼產(chǎn)生收縮時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力的大小就等于收縮應(yīng)變與砼彈性模量的乘積。 ? 當(dāng)砼的收縮到達(dá)一個(gè)極限，即產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于砼極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，砼就被拉裂而出現(xiàn)裂縫。 這種簡(jiǎn)單的假定在砼強(qiáng)度等級(jí)較低的情況下，被認(rèn)為是比較保守的，但它所存在的問(wèn)題，被砼較大徐變松弛所掩蓋，部分拉應(yīng)力被徐變 (黏性 )松弛所釋放，釋放后的實(shí)際應(yīng)力才決定砼是否會(huì)裂。 ? 砼強(qiáng)度等級(jí)越來(lái)越高時(shí)，這種矛盾就顯現(xiàn)出來(lái)了。由于砼早期強(qiáng)度的提高，砼的早期彈性模量迅速增加，同時(shí)也喪失了較大的應(yīng)力松弛能力。雖然砼的收縮沒(méi)有增加多少，甚至有所減少，但由于彈性模量的迅速增加，導(dǎo)致收縮應(yīng)力大大增加，最終造成砼早期開(kāi)裂 。 ? 要提高砼抗裂性能，不但要減小砼的收縮，而且還要降低砼的早期彈性模量和提高早期應(yīng)力松弛能力。降低砼的早期彈性模量和提高早期應(yīng)力松弛能力的有效途徑是降低砼的早期強(qiáng)度。為我們提供了一條有效的防治砼裂縫的技術(shù)途徑。 ? (3)混凝土裂縫防治技術(shù)發(fā)展概況 ? 混凝土裂縫防治技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括設(shè)計(jì)、材料、施工中每一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。 ? 1)防裂的設(shè)汁技術(shù)措施 ? 為容納建筑物在各部分之間的變形和位移，減小約束應(yīng)力的積聚，避免裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)設(shè)置各種類型的構(gòu)造縫。在砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的“伸縮縫”屬于構(gòu)造縫中的一個(gè)類型。實(shí)際上構(gòu)造縫遠(yuǎn)不止“伸”和“縮”，可以分為：膨脹縫 (伸 )、收縮縫(縮 )、沉降縫、抗震縫、體形縫、局部縫、控制縫、拼接縫等。這些縫都與避免砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫有關(guān)。應(yīng)結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)、所采用砼的性能以及施工的具體條件，合理地設(shè)置構(gòu)造縫，達(dá)到防止砼裂縫的出現(xiàn)。防治裂縫的設(shè)計(jì)技術(shù)措施還包括建筑物保溫隔熱技術(shù)措施和控制結(jié)構(gòu)裂縫的設(shè)計(jì)措施。 ? ? 2)關(guān)于砼材料的抗裂性能 ? (A)砼抗裂性能劣化的原因 ? 砼收縮的增加、應(yīng)力松弛的減弱引起的主要原因包括三個(gè)方面：砼原材料性能、砼配合比以及砼所處的環(huán)境條件。在砼原材料中，首先是水泥的抗裂性能的劣化。據(jù)研究表明，由于追求高早強(qiáng)，水泥的含堿量越來(lái)越高、水泥的細(xì)度越來(lái)越細(xì)、 C3S的含量越來(lái)越高，這些導(dǎo)致了水泥抗裂性能的大幅度下降。其次就是骨料，由于我國(guó)對(duì)砼骨料粗放型的管理，使骨料的級(jí)配越來(lái)越差，孔隙率大幅度高，導(dǎo)致水泥用量增加，砼抗裂性能降低。 ? 砼配合比方面，由于砼強(qiáng)度的提高，水灰比減小，導(dǎo)致砼自收縮增大。 ? 砼的裂縫大多在砼未硬化以前．其表面已形成細(xì)小的未貫穿裂縫，只不過(guò)因裂縫寬度很?。疀](méi)有察覺(jué)而已。由于這些細(xì)小裂縫的存在。當(dāng)砼收縮時(shí)，裂縫尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中，砼徐變松弛大大削弱，輕而易舉使裂縫擴(kuò)展而開(kāi)裂。 ? (B)砼抗裂性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù) ? 與砼抗裂性能有關(guān)的測(cè)試方法有：水泥水化熱測(cè)定方法、砼收縮試驗(yàn)方法、砼抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法、砼靜力受壓彈性模量試驗(yàn)方法。 ? 由于大體積砼的中心，處于絕熱升溫狀態(tài)，在水泥水化熱的作用下。溫度迅速升高，而大體積砼的邊緣，與溫度較低的大氣接觸，散熱較好，升溫速度較慢．于是就產(chǎn)生溫差。由于砼在不同溫度下的膨脹量不同，就產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)溫差大于 25度時(shí)，砼就可能開(kāi)裂。 控制水泥的水化熱以及與大氣接觸面的保溫措施．是防止大體積砼開(kāi)裂的兩個(gè)主要的技術(shù)措施。 ? 為克服自由收縮試驗(yàn)的弊病，出現(xiàn)了約束收縮試驗(yàn)。約束收縮試驗(yàn)．較好地模擬了砼在約束狀態(tài)下的受力狀況，因此也能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)砼后期的抗裂性能．被得到廣泛的認(rèn)同。 ? 技術(shù)內(nèi)容’ ? 裂縫防治的設(shè)計(jì)措施 ? (1)結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置 ? 1)建筑工程的體量較大、體型復(fù)雜時(shí)，可通過(guò)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫將其劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，以避免在結(jié)構(gòu)中積累過(guò)大的約束應(yīng)力 (或應(yīng)變 )而引起間接裂縫。 ? (A)膨脹縫：能容納超靜定結(jié)構(gòu)中膨脹變形的縫； ? (B)收縮縫：能容納超靜定結(jié)構(gòu)中收縮變形的縫； ? (C)沉降縫：能減輕地基不均勻變形對(duì)建筑物影響的縫； ? (D)防震縫：能防止或減輕相鄰結(jié)構(gòu)單元由地震作用引起碰撞的縫； ? (E)體型縫：結(jié)構(gòu)形狀或體量發(fā)生突變時(shí)，將結(jié)構(gòu)在突變處分割為不同部分而設(shè)置的縫； ? (F)局部縫：在結(jié)構(gòu)形狀突變的部位，為減輕應(yīng)力集中影響而設(shè)置的局部縫； ? (G)控制縫：在結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生裂縫的部位，通過(guò)預(yù)先設(shè)置薄弱截面或采取其他措施以主動(dòng)引導(dǎo)裂縫出現(xiàn)所形成的縫； ? (H)施工縫：混凝土澆筑體量較大時(shí)，劃分為不同的施工澆筑區(qū)域，在預(yù)定位置接槎所形成的縫。 ? 2)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫時(shí)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求在以下形式中選擇： ? (A)全部斷開(kāi)的縫：自下至上將結(jié)構(gòu)分割成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)元； ? (B)上部斷開(kāi)的縫：基礎(chǔ)部分相連而將上部結(jié)構(gòu)斷開(kāi)； ? (C)局部斷開(kāi)的縫；將結(jié)構(gòu)在局部范圍內(nèi)斷開(kāi)； ? (D)鋼筋斷開(kāi)、 砼接槎的縫：不考慮內(nèi)力傳遞，僅需做填充處理； ? (E)鋼筋后連接， 砼接槎的縫；施工階段不考慮內(nèi)力遞，事后用搭接，機(jī)械連接或焊接實(shí)現(xiàn)鋼筋連接，形成整體而可以傳遞內(nèi)力； ? (F)鋼筋連通、 砼接槎的縫：鋼筋連續(xù)通過(guò)接縫，考慮內(nèi)力傳遞，施工時(shí)混凝土在此接槎； ? (G)鋼筋和 砼連續(xù)，后期引導(dǎo)裂縫出現(xiàn)的縫：在結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生裂縫的部位，預(yù)先設(shè)置薄弱截面或采取其他措施引導(dǎo)裂縫出現(xiàn)。 ? 3)結(jié)構(gòu)縫除應(yīng)有符合設(shè)計(jì)要求的傳遞內(nèi)力的能力以及容納結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形，位移的能力外，尚應(yīng)滿足以下功能要求： ? (A)耐久性：避免由于結(jié)構(gòu)縫的存在而引起結(jié)構(gòu)耐久性方面的問(wèn)題，保證結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的正常工作。 ? (B)防水．防滲，防漏：應(yīng)采取措施防止水及其他液體，氣體的滲漏； ? (C)隔聲、隔熱、阻火：應(yīng)采取措施保證結(jié)構(gòu)縫的隔聲，隔熱，阻火性能； ? (D)外觀：將結(jié)構(gòu)縫的設(shè)計(jì)作為整體設(shè)計(jì)的一部分，通過(guò)建筑處理避免影響美觀和產(chǎn)生不安感； ? (E)易檢測(cè)性和易維修性：結(jié)構(gòu)縫應(yīng)便于常規(guī)檢測(cè)及維修。 ? (3)控制結(jié)構(gòu)裂縫的設(shè)計(jì)措施 ? 1)一般規(guī)定 ? A)砼結(jié)構(gòu)應(yīng)按 《 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 (GB 50010)的規(guī)定，根據(jù)荷載效應(yīng)驗(yàn)算構(gòu)件的抗裂性能及裂縫寬度，并符合有關(guān)裂縫控制的要求。 ? (B)砼結(jié)構(gòu)應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范的要求設(shè)置伸縮縫，其最大間距應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。處于不利條件下的砼結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)減小伸縮縫間距。當(dāng)采取可靠措施后 ,也可適當(dāng)放寬伸縮縫間距。 ? (C)在設(shè)計(jì)時(shí)合理設(shè)置后澆帶可適當(dāng)增大伸縮縫間距 ,但后澆帶不能代替伸縮縫。后澆帶間距不大于 30m，澆筑砼的間距時(shí)間 2個(gè)月以上 ,且宜用膨脹砼澆筑。 ? (D)采用預(yù)制構(gòu)件 (特別是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件 )的裝配式結(jié)構(gòu)及疊合結(jié)構(gòu)，具有較好的裂縫控制性能，但應(yīng)通過(guò)有效的構(gòu)造措施消除拼接裂縫并增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。 ? (E)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮下列偶然作用和非設(shè)計(jì)工況所引起的效應(yīng)，并在相關(guān)部位采取合理的防裂構(gòu)造措施。 ? 按簡(jiǎn)支設(shè)計(jì) ,但實(shí)際上具有一定程度嵌固受力的結(jié)構(gòu)部位； ? 按自由邊界考慮，但變形、位移較大時(shí)，仍能起到約束作用的結(jié)構(gòu)部位； ? 2)板的裂縫控制 ? (A)板中受力鋼筋間距：當(dāng)板厚 h≤150mm時(shí)，不宜大于200mm：當(dāng)板厚 150mm時(shí)，不宜大于 ，且不宜大于250mm。 ? (B)在現(xiàn)澆簡(jiǎn)支板的支座部位，宜配適量的負(fù)彎矩板面鋼筋，以避免支座約束可能產(chǎn)生的負(fù)彎矩裂縫。 ? C)處于溫度 — 收縮應(yīng)力較大區(qū)域的砼連續(xù)板，其板底伸人支座正彎矩鋼筋的錨固長(zhǎng)度宜在 5d的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加， ? (D)當(dāng)現(xiàn)澆板的受力鋼筋與梁平行時(shí)，應(yīng)沿梁長(zhǎng)度方向配置間距不大于 200mm且與梁垂直的上部構(gòu)造鋼筋，其直徑不宜小于 8mm，且單位長(zhǎng)度內(nèi)的總截面面積不宜小于板中單位寬度內(nèi)受力鋼筋截面面積的 1/3。該構(gòu)造鋼筋伸人板內(nèi)的長(zhǎng)度從梁邊算起每邊不宜小于板計(jì)算跨度的 1/4。 ? (E)對(duì)與支承結(jié)構(gòu)整體澆筑或與砼墻整體澆筑的砼板，應(yīng)在板邊上部設(shè)置垂直于板邊的不小于直徑 8mm、間距 200mm的構(gòu)造鋼筋，其截面面積不宜小于跨中相應(yīng)方向縱向鋼筋截面面積的 1/3。該鋼筋自梁邊或墻邊伸人板內(nèi)的長(zhǎng)度，在單向板中不宜小于受力方向板計(jì)算跨度的 1/4，在雙向板中不宜小于板短跨方向計(jì)算跨度的 1/5。 ? (F)嵌固在砌體墻內(nèi)的現(xiàn)砼土板，其上部與板邊垂直的構(gòu)造鋼筋直徑應(yīng)不小于 8mm、間距不大于 200mm。伸人板內(nèi)的長(zhǎng)度，從墻邊算起不宜小于板短邊跨度的 1/7。在兩邊嵌固于墻內(nèi)的板角部分，應(yīng)配置雙向上部構(gòu)造鋼筋，該鋼筋伸人板內(nèi)的長(zhǎng)度從墻邊算起不宜小于板短邊跨度的 l/4。沿板的受力方向配置的上部構(gòu)造鋼筋，其截面面積不宜小于該方向跨中受力鋼筋截面面積的 1/3；沿非受力方向配置的上部構(gòu)造鋼筋，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)減少。 ? (G)現(xiàn)澆混凝土板的角部的上部構(gòu)造鋼筋可沿兩個(gè)垂直方向布置，也可按 45度方向斜向布置。 ? (H)單向板應(yīng)沿垂直力方向布置分布鋼筋，單位長(zhǎng)度上分布鋼筋的截面面積不宜小于單位寬度受力鋼筋截面面積的 15％，且不宜小于該方向板截面面積的 ％；分布鋼筋的間距不宜大于 250mm，直徑不宜小于 6mm。對(duì)集中荷載較大的情況，分布鋼筋的截面面積應(yīng)適當(dāng)增加，其間距不宜大于 200mm。 ? (J)對(duì)溫度、收縮應(yīng)力較大的現(xiàn)澆砼板，可在周邊支承梁、墻中心線處設(shè)置控制縫。 ? (J)在溫度，收縮應(yīng)力較大的現(xiàn)澆板區(qū)域內(nèi)，鋼筋間距宜取為 150一200mm，并應(yīng)在板的未配筋表面布置溫度收縮鋼筋。板的上、下表面沿縱、橫兩個(gè)方向的配筋率均不宜小于 ％，對(duì)屋面板等部位，還應(yīng)適當(dāng)增加配筋率。 ? (K)基礎(chǔ)筏板當(dāng)厚度大于 2m時(shí)，除在板的頂面、底面應(yīng)布置縱橫鋼筋以外，尚宜在板厚方向設(shè)置與板面平行的構(gòu)造鋼筋網(wǎng)片，其間距不超過(guò) 1m，直徑不小于 12mm，縱橫方向的鋼筋間距不大于 200mm。 ? (L)挑檐板宜采用挑梁式而不宜采